(57)【要約】【課題】  活性層の禁制帯幅の温度変化を小さくした発光装置を提供すること。【解決手段】  温度が上昇すると禁制帯の幅が広くなる第１の材料で形成された量子ドットと、温度が上昇すると禁制帯の幅が狭くなる第２の材料で形成され、前記量子ドットを埋め込む障壁層とを有する活性層を具備すること。【選択図】    図２
2010219476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度が上昇すると禁制帯の幅が広くなる第１の材料で形成された量子ドットと、
温度が上昇すると禁制帯の幅が狭くなる第２の材料で形成され、前記量子ドットを埋め込む障壁層とを有する活性層を、
具備する発光装置。
【請求項２】
請求項１の発光装置において、
前記第１の材料が、Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅ（０≦ｙ≦０.４）であることを、
特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１の発光装置において、
前記量子ドットの一部が、温度が上昇すると禁制帯の幅が狭くなる第３の材料で形成されていることを、
特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項３の発光装置において、
前記第１の材料が、Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅ（０≦ｙ≦０.４）であることを、
特徴とする発光装置。
【請求項５】
Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅ（０.４＜ｙ＜０.６）で形成された量子ドットを有する活性層を、
具備する発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信においては、その伝送路である光ファイバの損失が小さい波長１．３μｍから１．６μｍの領域で発光する半導体レーザが、光源として用いられる。このような半導体レーザはＩｎＧａＡｓＰによって形成され、信頼性を含め良好な特性を有している。
【０００３】
一方、伝送される情報量が膨大になるにつれて、従来の１個の波長を使う光通信から、多数の波長を使う波長多重通信(wavelength division multiplexing; WDM)が用いられるようになっている。
【０００４】
波長多重通信（ＷＤＭ）で用いられる半導体レーザには、ファブリペロー（Fabry-Perot; FP）レーザと、分布帰還型（distributed feedback; DFB）レーザがある。
【０００５】
ＦＰレーザは、波長間隔が広いＣＷＤＭ（coarse wavelength division multiplexing）に用いられる。一方、ＤＦＢレーザは、波長間隔が狭いＤＷＤＭ(dense wavelength division multiplexing)及びＣＷＤＭの双方で用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３１６５７８号公報
【特許文献２】特開平９−２１９５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＷＤＭにとって、光源の波長が一定せず、時間と共に変化することは好ましくない。しかし、半導体レーザの発光波長（発光素子から出射する光の波長）は、素子温度の変動によって変化する。
【０００８】
例えば、ＦＰレーザの発光波長は、その活性層の禁制帯幅が素子温度の変化によって変動すると、変化する。例えば、ＦＰレーザの発光波長は、発光波長１.３μｍの近傍では、約０.５ｎｍ/Ｋという大きな割合で変化する。
【０００９】
このような発光波長の温度変化は、ＦＰレーザをペルチエ素子に搭載して温度制御することによって回避することができる。しかし、ＦＰレーザを光源とする光送信装置にペルチエ素子やその制御ユニットを設けることには、装置の構成を複雑にするという問題がある。
【００１０】
一方、ＤＦＢレーザの発光波長は、その回折格子が設けられた光ガイド層の屈折率が素子温度の変化によって変動すると、変化する。しかし、光ガイド層の屈折率の温度変化は、活性層の禁制帯幅の温度変化に比べ格段に小さい。このため、ＤＦＢレーザの発光波長の温度変化は、ＦＰレーザの発光波長の温度変化に比べ格段に小さくなる。しかし、ＤＦＢレーザには、その製造工程が複雑であるという問題がある。
【００１１】
また、素子温度が変化すると、ＤＦＢレーザの利得帯域は、回折格子の周期で決まる発光波長から解離しようとする。このため、ＤＦＢレーザの利得帯域は、広いことが好ましい。しかし、ＤＦＢレーザの利得帯域を広くすると、ＤＦＢレーザの発光効率が低くなるという問題がある。
【００１２】
このように、半導体レーザの発光波長の温度変化を小さくしようとすると、種々の問題が発生する。
【００１３】
しかし、禁制帯幅の温度変化が小さい材料によって活性層を形成することができれば、これらの問題に直面することなしに、半導体レーザの発光波長の温度変化を小さくすることができる。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、活性層の形成に従来用いられていたＩｎＧaＡｓＰ等の材料より、禁制帯幅の温度変化が小さい材料層によって活性層（発光層）が形成された半導体発光デバイスを提供することである。
【００１５】
尚、禁制帯幅が温度によって変化しないＨｇ０.４Ｃd０.６ＴｅやＧａＩｎＴｌＰを用いて、半導体レーザの活性層を形成することが提案されている（特許文献１及び２）。
【００１６】
しかし、これらの半導体レーザには、その形成に用いられる基板が特殊であるという問題や、その製造自体が困難であるという問題がある。このため、これら半導体レーザは、未だに実用化されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発光装置の第１の側面は、温度が上昇すると禁制帯の幅が広くなる第１の材料で形成された量子ドットと、温度が上昇すると禁制帯の幅が狭くなる第２の材料で形成され、前記量子ドットを埋め込む障壁層とを有する活性層を具備する発光装置である。
【００１８】
また、本発光装置の第２の側面は、Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅ（０.４＜ｙ＜０.６）で形成された量子ドットを有する活性層を具備する発光装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発光装置によれば、発光層の禁制帯幅の温度変化を、従来の発光装置より小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態1の半導体レーザを形成する活性層の一部を拡大した断面図である。
【図２】実施の形態２の半導体レーザを形成する活性層の一部を拡大した断面図である。
【図３】実施の形態３の半導体レーザを形成する活性層の一部を拡大した断面図である。
【図４】実施例１の半導体レーザの構成を説明する平面図である。
【図５】図４のv-v線に於ける断面を、矢印の方向から見た図である。
【図６】実施例１に関する半導体レーザの活性層の断面を説明する図である。
【図７】実施例１に関する半導体レーザの発光波長の温度変化を説明する図である。
【図８】量子ドットの高さと発光波長の関係と、量子ドットの高さと発光波長の温度係数の関係を説明する図である(実施例１)。
【図９】量子ドットをＨｇ１−ｙＣｄｙＴｅ（０≦ｙ≦０.４）で形成した場合の発光波長及びその温度係数を、量子ドットの高さの関数として説明する図である(実施例１)。
【図１０】発光波長の温度変化のシミュレーションに用いた、量子ドットのモデルを説明する平面図である。
【図１１】図１０のxi-xi線に於ける断面を矢印の方向から見た図である。
【図１２】シミュレーションに用いるポテンシャルの分布を説明する図である。
【図１３】実施例１の活性層の製造方法を説明する工程断面図である。
【図１４】実施例２の発光波長の温度変化を求めるために用いる、量子ドットモデルの断面を説明する平面図である。
【図１５】実施例２に関するモデルのポテンシャルの分布を説明する図である。
【図１６】実施例２に関する半導体レーザの発光波長の温度変化を説明する図である。
【図１７】ＨｇＴｅ層の厚さと発光波長の関係、及びＨｇＴｅ層の厚さと発光波長の温度係数の関係を説明する図である。
【図１８】ＩｎＡｓ層の厚さと発光波長の関係、及びＩｎＡｓ層の厚さと発光波長の温度係数の関係を説明する図である。
【図１９】実施例２の半導体レーザの製造方法を説明する工程断面図である（その１）。
【図２０】実施例２の半導体レーザの製造方法を説明する工程断面図である（その２）。
【図２１】実施例３に関する半導体レーザの発光波長の温度変化を説明する図である。
【図２２】量子ドットの高さと発光波長の関係と、量子ドットの高さと発光波長の温度係数の関係を説明する図である(実施例３)。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２２】
（実施の形態１）
（１）構  成
図１は、本実施の形態の半導体レーザを形成する活性層の一部を拡大した断面図である。
【００２３】
本半導体レーザの活性層は、量子ドット２と、量子ドット２を埋め込む障壁層（バリア層）４を有する量子ドット層５（図１参照）が、積層されて形成されている。ここで、量子ドット２の下側（基板側）の障壁層４ａと上側（基板とは反対側）の障壁層４ｂは、同じ材料によって形成されてもよい。或いは、両障壁層４ａ,４ｂは、異なる材料で形成されてもよい。また、障壁層４ａ,４ｂは、単一の材料で形成されてもよい。或いは、障壁層４ａ,４ｂは、異なる材料で形成された複数の部分が、組み合わされて形成されてもよい。尚、障壁層は、中間層又は埋め込み層とも呼ばれる。また、上側の障壁層は、キャップ層と呼ばれることもある。
【００２４】
ここで、量子ドット２は、温度が上昇すると禁制帯の幅が広くなる第１の材料（例えば、ＨｇＴe）で形成されている。一方、障壁層４は、温度が上昇すると禁制帯の幅が狭くなる第２の材料（例えば、ＧａＡｓ）によって形成されている。
【００２５】
ここで、第１の材料は、半導体であっても半金属であってもよい。一方、第２の材料としては、半導体が好ましい。
【００２６】
尚、材料の禁制帯の幅とは、伝導帯の底と価電子帯の頂上のエネルギー差である。
【００２７】
ところで、図１に示した量子ドット２は、Stranski-Krastanovモードによって形成される自己組織量子ドットである。従って、量子ドット２は、濡れ層６の上に形成されている。
【００２８】
しかし、量子ドット２は、このような自己組織量子ドット以外の量子ドットであってもよい。例えば、量子ドット２は、電子線露光法とエッチングを組み合わせて形成される量子ドットであってもよい。
【００２９】
（２）動  作  
本半導体レーザに電流が供給されると、キャリア（電子及び正孔）は、活性層に注入され、量子ドット２に移動する。
【００３０】
量子ドット２に移動した電子は、量子ドット２の伝導帯に形成された量子準位に遷移する。同様に、量子ドット２に移動した正孔は、量子ドット２の価電子帯に形成された量子準位に遷移する。
【００３１】
そして、伝導帯の量子準位に遷移した電子が、誘導放出によって、価電子帯の量子準位に遷移した正孔と再結合して、レーザ光を発生する。尚、このような過程で発生するレーザ光は、伝導帯の基底準位から価電子帯の基底準位への電子の遷移によって発生する。
【００３２】
そこで、量子ドット２の伝導帯に形成された基底準位と、量子ドット２の価電子帯に形成された基底準位のエネルギー差（以下、量子準位間のエネルギー差と呼ぶ）を、活性層の禁制帯幅と呼ぶこととする。
【００３３】
ところで、量子ドット２の量子準位に滞在する電子（及び正孔）の波動関数の一部は、障壁層４に漏れ出している。
【００３４】
このため、量子ドット２に形成される量子準位は、量子ドット２を形成する材料（例えば、ＨｇＴｅ）の物性だけでなく、障壁層４を形成する材料（例えば、ＧａＡｓ）の物性の影響を受ける。
【００３５】
例えば、量子ドット２を形成する材料の禁制帯幅が広がれば、量子ドット２に形成される量子準位間のエネルギー差も広がる。また、障壁層４を形成する材料（例えば、ＧａＡｓ）の禁制帯幅が広くなれば、障壁層４に形成される量子準位間のエネルギー差も広くなる。
【００３６】
逆に、量子ドット２を形成する材料の禁制帯幅が狭くなれば、量子準位間のエネルギー差も狭くなる。また、障壁層４を形成する材料の禁制帯幅が狭くなれば、量子準位間のエネルギー差も狭くなる。
【００３７】
ところで、上述したように、量子ドット２を形成する材料の禁制帯幅は、温度が上昇すると広くなる。一方、障壁層４を形成する材料層の禁制帯幅は、温度が上昇すると、狭くなる。
【００３８】
このため、本実施の形態では、量子ドット２を形成する材料は、温度が上昇すると、量子準位間のエネルギー差を広くしようとする。一方、障壁層４を形成する材料は、温度が上昇すると、量子準位間のエネルギー差を狭くしようとする。従って、温度の変化に対して両材料が量子準位間のエネルギー差に及ぼす効果は、相殺される。故に、本活性層の禁制帯幅の温度変化は、活性層を形成する各材料の禁制帯幅の温度変化より小さくなる。
【００３９】
一方、従来の半導体レーザの活性層は、通常、温度が上昇すると禁制帯幅が狭くなるＧａＩｎＡｓＰやＧａＡｓ等の材料だけで形成されている。このため、従来の活性層の禁制帯幅は、これら活性層を形成する材料の禁制帯幅と同じに温度変化する。
【００４０】
由って、本実施の形態によれば、発光装置の活性層を、禁制帯幅の温度変化（の絶対値）が従来の材料（ＩｎＧaＡｓＰ等）より小さい材料層（量子ドット層）によって、形成することができる。
【００４１】
尚、「禁制帯幅の温度変化」の大小とは、温度が変化した場合の禁制帯幅の増分の絶対値の大小を意味する。従って、温度変化による禁制帯幅の増分が−２ｍeＶである場合の「禁制帯幅の温度変化」は、温度変化による禁制帯幅の増分が＋１ｍeＶである場合の「禁制帯幅の温度変化」より大きい。また、「発光波長の温度変化」の大小も、温度が変化した場合の発光波長の増分の絶対値の大小を意味する。
【００４２】
ところで、上述したように、量子ドット２は、温度に対する禁制帯幅の変化率（以下、禁制帯幅の温度係数と呼ぶ）が正になる材料によって形成される。しかし、半導体レーザを形成する殆どの材料（ＩｎＧａＡｓＰやＧａＡｓ）の温度係数は、負である。
【００４３】
温度係数が正になる数少ない材料としては、ＨｇＴｅ, Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅ（０≦ｙ≦０.４）, ＨｇＳｅ, 及びＨｇ１−ｙＣｄｙＳｅ（０≦ｙ＜０.８）等がある。しかし、これら材料の格子定数は、半導体基板として広く用いられているＧａＡｓやＩｎＰの格子定数と大きく異なっている。例えば、ＨｇＴｅの格子定数は、０.６４２９ｎｍである。一方、ＧａＡｓの格子定数は、０.５６５３ｎｍである。
【００４４】
このような格子不整合は、活性層に結晶欠陥を発生させ、半導体レーザの特性を劣化させるので、一般的には好ましくない。
【００４５】
しかし、量子ドットは、このような格子不整合を利用して形成されるものである。しかも、量子ドットで形成された活性層には、結晶欠陥は発生しない。従って、ＧａＡｓ基板やＩｎＰ基板を用いて本半導体レーザを製造しても、発光効率等の特性は劣化しない。
【００４６】
（実施の形態２）
図２は、本実施の形態の半導体レーザを形成する活性層の一部を拡大した断面図である。
【００４７】
本半導体レーザの活性層も、量子ドット８と、量子ドット８を埋め込む障壁層（バリア層）４を有する量子ドット層９が、積層されて形成されている。
【００４８】
但し、本量子ドット８は、第１の部分１０と第２の部分１２を有している。
【００４９】
本量子ドット８を形成する第１の部分１０は、温度が上昇すると禁制帯の幅が狭くなる材料（例えば、ＩｎＡｓ）で形成されている。
【００５０】
更に、本量子ドット８を形成する第２の部分１２は、温度が上昇すると禁制帯の幅が広くなる材料（例えば、Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅ（０≦ｙ≦０.４））で形成されている。
【００５１】
そして、量子ドット８を埋め込む障壁層４は、実施の形態１と同じように、温度が上昇すると禁制帯の幅が狭くなる材料（例えば、ＧａＡｓ）で形成されている。
【００５２】
従って、本量子ドット８では、第１の部分１０の負の温度係数及び障壁層４の負の温度係数と、第２の部分１０の正の温度係数が相殺される。
【００５３】
このため、量子ドット８に発生する量子準位間のエネルギー差の温度変化は、温度係数が正となる材料（例えば、ＧａＩｎＡｓＰ）だけで形成された活性層の禁制帯幅の温度変化より小さくなる。
【００５４】
由って、本実施の形態によれば、発光装置の活性層を、禁制帯幅の温度変化（の絶対値）が従来の材料（ＩｎＧaＡｓＰ等）より小さい材料層（量子ドット層）によって、形成することができる。
【００５５】
尚、図２に示した量子ドット８は、第１の濡れ層１４と第２の濡れ層１６が積層された半導体層の上に形成されている。
【００５６】
ここで、第１の濡れ層１４は、第１の部分１０を形成する材料によって形成されている。また、第２の濡れ層１６は、第２の部分１２を形成する材料によって形成されている。
【００５７】
図２に示した例では、第１の部分の上に第２の部分が積層されている。しかし、第２の部分の上に第１の部分が積層されてもよい。
【００５８】
（実施の形態３）
図３は、本実施の形態の半導体レーザを形成する活性層の一部を拡大した断面図である。
【００５９】
図３に示すように、本半導体レーザの活性層も、量子ドット１８と、量子ドット１８を埋め込む障壁層（バリア層）２０を有する量子ドット層２１が、積層されて形成されている。
【００６０】
ここで、量子ドット１８は、Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅ（０.４＜ｙ＜０.６） で形成されている。
【００６１】
Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅの温度係数は、Ｃｄの組成ｙが０.４乃至０.６の間で略ゼロになる。
【００６２】
このため、量子ドット２０に発生する量子準位間のエネルギー差の温度変化は、温度係数が正となる材料（例えば、ＧａＩｎＡｓＰ）だけで形成された活性層の禁制帯幅の温度変化より小さくなる。
【００６３】
由って、本実施の形態によれば、発光装置の活性層を、禁制帯幅の温度変化（の絶対値）が従来の材料（ＩｎＧaＡｓＰ等）より小さい材料層（量子ドット層）によって、形成することができる。
【００６４】
ところで、Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅ（０.４＜ｙ＜０.６）によって量子井戸構造やバルク単一層を形成して、半導体レーザの活性層とすることも可能である。
【００６５】
しかし、このような活性層は、基板との格子不整合による結晶欠陥を、大量に有している。したがって、このような活性層を用いて半導体レーザを形成しても、良好な特性は得られない。
【実施例１】
【００６６】
（１）構  成
（i）全体構成
図４は、本実施例の半導体レーザの構成を説明する平面図である。図５は、図４のv-v線に於ける断面を、矢印の方向から見た図である。
【００６７】
本半導体レーザ２４は、ｎ型ＧａＡｓ基板２６と、ｎ型ＧａＡｓ基板２６の上に形成されたｎ型ＡｌＧａＡｓ製の下部クラッド層２８を有している（図５参照）。
【００６８】
また、半導体レーザ２４は、下部クラッド層２８の上に形成された活性層３０を有している。ここで、活性層３０は、図１を参照して説明した量子ドット２によって形成さえている。
【００６９】
また、半導体レーザ２４は、活性層３０の上に形成された、ｐ型ＡｌＧａＡｓ製の上部クラッド層３２を有している。
【００７０】
また、半導体レーザ２４は、上部クラッド層３２の上に形成された、ｐ型ＧａＡｓ製の電極層３６を有している。
【００７１】
また、半導体レーザ２４は、上部クラッド層３２と電極層３６を含む帯状のメサ３４の上に形成され、電極層３６の上で開口するＳｉＮ製の保護膜３８を有している。
【００７２】
また、半導体レーザ２４は、電極層３６の上に形成された上部電極４０と、ｎ型ＧａＡｓ基板２６の裏面に形成された下部電極４２を有している。
【００７３】
また、半導体レーザ２４は、へき開によって形成された端面４４,４６を有している。これらの端面４４,４６は反射鏡として機能し、光共振器を形成する。
【００７４】
本半導体レーザ２４では、この光共振器の内部に活性層３０が配置され、ＦＰレーザが形成されている。
【００７５】
（ii）活性層
図６は、本半導体レーザ２４の活性層３０の断面を説明する図である。
【００７６】
活性層３０は、量子ドット層４８が複数積層されて形成されている。
【００７７】
この量子ドット層４８の構成は、実施の形態１の量子ドット層５の構成と、略同じである（図１参照）。
【００７８】
すなわち、量子ドット層４８は、ＨｇＴｅ（又は、ＨｇＣｄＴｅ）によって形成された量子ドット２と、ＧａＡｓ製の障壁層（バリア層）４を有している。尚、量子ドット２は、濡れ層６の上に形成されている。
【００７９】
ここで、ＨｇＴｅの禁制帯幅の温度係数は、５.６×１０−４ｅＶ/Ｋである。一方、ＧａＡｓの禁制帯幅の温度係数は、−５.０×１０−４ｅＶ/Ｋである。
【００８０】
このように、量子ドット２は、温度が上昇すると禁制帯の幅が広くなる材料（ＨｇＴｅ又はＨｇＣｄＴｅ）で形成されている。一方、障壁層４は、温度が上昇すると禁制帯の幅が狭くなる材料（例えば、ＧａＡｓ）によって形成されている。
【００８１】
このため、夫々の材料が量子準位に及ぼす効果が相殺され、本半導体レーザ２４の発光波長の温度変化（の絶対値）は、小さくなる。
【００８２】
（２）動  作
本半導体レーザ２４は、上部電極４０と下部電極４２の間に電源（図示せず）が接続されて、駆動される。この電源から半導体レーザ２４に供給される電流は、活性層３０に注入される。その結果、光利得が発生する。そして、この光利得によって増幅され自然放出光が、端面４４,４６によって形成された光共振器によって帰還され、レーザ光になる。
【００８３】
（i)発光波長の温度変化(ＨｇＴｅ量子ドット活性層）
図７は、本半導体レーザ２４の発光波長の温度変化を説明する図である。横軸は、温度である。縦軸は、発光波長である。図７に示す発光波長の温度変化は、シミュレーションによって得られた結果である。シミュレーション方法は、下記「（iii）シミュレーション」で説明する。
【００８４】
「×」で示した点は、量子ドット２の高さ及び直径が夫々、１.８ｎｍ及び１８ｎｍの場合のシミュレーション結果である。尚、量子ドット２の高さとは、濡れ層６の底から量子ドット２の頂上までの距離のことである。
【００８５】
図７に示すように、半導体レーザ２４の発光波長は、温度によらず、略１.３μｍである。この発光波長は、光ファイバ通信に適している。
【００８６】
ここで、発光波長の温度に対する変化率（以下、発光波長の温度係数と呼ぶ）は、−０.０４ｎｍ/Ｋである。この値は、活性層をＩｎＧａＡｓＰで形成した従来のＦＰレーザの発光波長の温度係数＋０.５ｎｍ/Ｋより格段に（絶対値が）小さい。
【００８７】
このように発光波長の温度係数が減少なる理由は、量子ドット２を形成するＨｇＴｅの禁制帯幅の温度変化と、障壁層４を形成するＧａＡｓの禁制帯幅の温度変化が相殺するためである。
【００８８】
図８は、量子ドット２の高さと発光波長の関係、及び量子ドット２の高さと発光波長の温度係数の関係を説明する図である。横軸は、量子ドット２の高さを表す。左縦軸は、本半導体レーザ２４の発光波長を表す。右縦軸は、本半導体レーザ２４の発光波長の温度係数を表す。
【００８９】
「●」で示す点は、発光波長を示している。「○」で示す点は、発光波長の温度係数を示している。
【００９０】
「○」で示したデータから明らかなように、発光波長の温度係数は、量子ドット２が高くなるに従って小さくなり、やがて負の値になる。
【００９１】
量子ドット２が高くなると、量子ドット内に分布する波動関数の割合が増加する。その結果、禁制帯幅の温度係数が正であるＨｇＴｅの影響が大きくなる。このため、量子ドットが高くなるに従って、発光波長の温度係数が小さくなり、やがて負の値になる。
【００９２】
図８は、量子ドット２の高さが１.５ｎｍ以上２.０ｎｍ以下の場合、発光波長の温度係数が、−０.１ｎｍ/Ｋ〜０.１ｎｍ/Ｋという小さな値になることを示している。
【００９３】
また、「●」で示したデータから明らかなように、量子ドット２の高さが１.５ｎｍ以上２.０ｎｍ以下の場合、発光波長は、１.２μｍから１.４μｍという光ファイバ通信に適した値になる。
【００９４】
これらの結果は、ＨｇＴｅで形成された量子ドット２の高さとしては、１.５ｎｍ以上２.０ｎｍ以下が好ましいことを示している。
【００９５】
また、量子ドット２の高さが１.６ｎｍ以上１.９ｎｍ以下であれば、発光波長の温度変化（の絶対値）がより小さくなるので、このような波長範囲は更に好ましい。
【００９６】
尚、図８に示すデータは、量子ドット２のアスペクト比（直径に対する高さの比）を１０％とした場合に得られるシミュレーションの結果である。以後説明するデータは、全て、アスペクト比を１０％とした場合に得られる結果である。
【００９７】
（ii）発光波長の温度変化(ＨｇＣｄＴｅ量子ドット活性層)
図９は、量子ドット２をＨｇ１−ｙＣｄｙＴｅ（０≦ｙ≦０.４）で形成した場合の発光波長及びその温度係数を、量子ドット２の高さの関数として説明する図である。尚、障壁層４は、ＧａＡｓによって形成されているものとする。
【００９８】
横軸は、量子ドット２の高さを表す。左縦軸は、本半導体レーザ２４の発光波長を表す。右縦軸は、発光波長の温度係数を表す。
【００９９】
「●」で示す点は、量子ドット２をＨｇＴｅで形成した場合の発光波長を示している。「○」で示す点は、量子ドット２をＨｇＴｅで形成した場合の発光波長の温度係数を示している。これらのデータは、図８に示したデータと同じである。
【０１００】
一方、「▲」で示す点は、量子ドット２をＨｇ０.６Ｃｄ０.４Ｔｅで形成した場合の発光波長を示している。「△」で示す点は、量子ドット２をＨｇ０.６Ｃｄ０.４Ｔｅで形成した場合の発光波長の温度係数を示している。
【０１０１】
図９は、Ｃｄの組成比ｙが０．０以上０.４以下の場合、量子ドット２の高さを調整することにより、発光波長の温度係数を−０.１ｎｍ/Ｋ以上０.１ｎｍ/Ｋ以下にできることを示している。この時、量子ドット２の高さは、Ｃｄの組成比ｙに応じて、１.５ｎｍから３.０ｎｍの間で調整する。
【０１０２】
この場合、半導体レーザの発光波長は、１.２μｍから１.６μｍという光ファイバ通信に適した値になる（図９参照）。
【０１０３】
以上の結果は、Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅ（０≦ｙ≦０.４)で形成される量子ドット２の高さとしては、１.５ｎｍ以上３.０ｎｍ以下が好ましいことを示している。更には、量子ドット２の高さとしては、２.０ｎｍ以上２.５ｎｍ以下が好ましい。
【０１０４】
（iii）シミュレーション
−モデル及び解法−
図１０は、発光波長の温度変化のシミュレーションに用いた、量子ドットのモデルを説明する平面図である。図１１は、図１０のxi-xi線に於ける断面を、矢印の方向から見た図である。
【０１０５】
図１０及び１１に示すように、本シミュレーションに用いた量子ドットのモデルは、直径がＤで高さがＨの円盤５０である。
【０１０６】
ここで、円盤５０の直径Ｄは、量子ドット２の直径である。また、円盤５０の高さＨは、量子ドット２の高さである。
【０１０７】
伝導帯の電子に対してシミュレーションを実行する場合には、円盤５０の外部には、障壁層４を形成する材料（例えば、ＧａＡｓ）の伝導帯の底に対応するポテンシャルが割り当てられる。一方、円盤５０の内部には、量子ドット２を形成する材料（例えば、ＨｇＴｅ）の伝導帯の底に対応するポテンシャルが割り当てられる。
【０１０８】
同様に、価電子帯の正孔に対してシミュレーションを実行する場合には、円盤５０の外部には、障壁層４を形成する材料（例えば、ＧａＡｓ）の価電子帯の頂上に対応するポテンシャルが割り当てられる。一方、円盤５０の内部には、量子ドット２を形成する材料（例えば、ＨｇＴｅ）の価電子帯の頂上に対応するポテンシャルが割り当てられる。
【０１０９】
尚、実際の量子ドット２は、多くの場合、濡れ層６の上に成長する（図１参照）。しかし、量子ドット２に発生する量子準位は、濡れ層６の影響を殆ど受けない。従って、本モデルでは、濡れ層６は考慮されていない。
【０１１０】
このようなモデルに対して、有効質量近似によってシュレーディンガー方程式を近似した波動方程式を、数値解析（例えば、Euler法）によって解く。すると、伝導帯の電子及び価電子帯の正孔夫々に対して、円盤５０の内部に形成される量子準位（基底準位を含む）が得られる。
【０１１１】
このようにして得られる基底準位のエネルギー差から、本半導体レーザの発光波長が求められる。
【０１１２】
ここで、本シミュレーションでは、量子ドット２を形成する材料及び障壁層４を形成する材料の禁制帯幅が温度に応じて変化するものとして、発光波長の温度変化を求める。
【０１１３】
尚、実際の量子ドットの断面は、図１１に示すような矩形ではない。しかし、断面が矩形であると仮定して得られる量子準位と、実際の量子準位は略一致する。
【０１１４】
また、量子ドット２（円盤５０）に形成される基底量子準位は、量子ドット２の高さＨで略決まる。従って、アスペクト比（＝Ｈ/Ｄ）を変えても、得られる結果は殆どかわらない。従って、本シミュレーションでは、アスペクト比は、１０％に固定されている。
【０１１５】
−ポテンシャル分布−
図１２は、本シミュレーションに用いるポテンシャルの分布を説明する図である。
【０１１６】
横軸は、基板に垂直な方向（円盤５０の底面に垂直な方向）における位置座標ｚである。縦軸は、電子のポテンシャルである。従って、縦軸は、符号を変えることによって、正孔のポテンシャルになる。
【０１１７】
図１２には、高さ１.８ｎｍの量子ドット２がＨｇＴｅで形成され、障壁層４がＧａＡｓで形成された場合のポテンシャが記載されている。
【０１１８】
図１２には、伝導帯の底によって形成されるポテンシャル分布５２と、価電子帯の頂上によって形成されるポテンシャル分布５４が記載されている。ここで、ＨｇＴｅは半金属なので、量子ドット２で、伝導帯の底５２と価電子帯５４の頂上が逆転している。
【０１１９】
図１２には、伝導帯の基底準位５６及びその波動関数５８も記載されている。また、図１２には、価電子帯の基底準位６０及びその波動関数６２も記載されている。
【０１２０】
図１２に示すように、波動関数５８,６２は、障壁層４に漏れ出ている。この漏れ出しによって、発光波長の温度変化が小さくなる。
【０１２１】
−パラメータ−
本シミュレーションに用いられるパラメータの値は、以下の通りである。
【０１２２】
１．ＨｇＴｅのパラメータ
１．１ 禁制帯幅
３００ＫにおけるＨｇＴｅ禁制帯幅Ｅｇは、夫々、−０.１５ｅＶである。
【０１２３】
但し、量子ドットを形成するＨｇＴｅには、基板面に平行な方向の二次元歪ε（biaxial stress）が発生する。この歪は、半導体の禁制帯幅を変化させる。この時生じる禁制帯幅の変化ΔＥｇは、次式によって表される。
【０１２４】
ΔＥｇ／ε＝２ａ（１−Ｃ１２／Ｃ１１）−ｂ（１＋２Ｃ１２／Ｃ１１）
・・・  （１）
ここで、Ｃ１１及びＣ１２は、弾性定数である。ａ及びｂは、ディフォーメーションポテンシャルである。
【０１２５】
ＨｇＴｅのＣ１１及びＣ１２は、夫々、５.４×１０１０Ｐａ及び３．８×１０１０Ｐａである。また、ＨｇＴｅのａ及びｂは、夫々、−３．６９ｅＶ及び−０．８ｅＶである。
【０１２６】
ここで、二次元歪ε（biaxial stress）は、ＨｇＴｅの格子定数と基板の格子定数の差から求められる。
【０１２７】
歪のない場合のＨｇＴeの禁制帯幅−０.１５ｅＶに、式（１）から得られる二次元歪εによる禁制帯幅の変化分を加えると、３００Ｋに於ける歪ＨｇＴｅ（歪が発生したＨｇＴｅ）の禁制帯幅が得られる。
【０１２８】
３００Ｋ以外の温度における歪ＨｇＴeの禁制帯幅は、３００Ｋに於ける歪ＨｇＴｅの禁制帯幅と、ＨｇＴｅの禁制帯幅の温度係数＋５×１０−４ｅＶ/Ｋに基づいて求めることができる。
【０１２９】
１．２ 有効質量
ＨｇＴｅ電子の有効質量は、０.０２９ｍ０である。一方、ＨｇＴｅの正孔の有効質量は、夫々、０.３ｍ０である。
【０１３０】
２．ＨｇＣｄＴｅのパラメータ
Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅに関するパラメータは、組成比ｙに比例して変化するものとして、上記ＨｇＴeに関するパラメータとＣｄＴeに関するパラメータから求められる。
【０１３１】
ＣｄＴｅに関する各パラメータは以下の通りである。
【０１３２】
まず、３００Ｋに於けるＣｄＴeの禁制帯幅は、＋１．５０ｅＶである。ＣｄＴeの禁制帯幅の温度係数は、−４.１×１０−４ｅＶ/Ｋである。
【０１３３】
次に、ＣｄＴｅのＣ１１及びＣ１２は、夫々、５．３５×１０１０Ｐａ及び３．６８×１０１０Ｐａである。また、ＣｄＴｅのa及びｂは、夫々、−３.４２ｅＶ及び−０.８ｅＶである。
【０１３４】
次に、ＣｄＴｅの電子及び正孔の有効質量は、夫々、０.１１ｍ０及び０.３５ｍ０である。
【０１３５】
１．３ バンドオフセット
Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅ量子ドットとＧａＡｓ障壁層の界面に於けるバンドオフセットは、以下のパラメータに基づいて求めることができる。
【０１３６】
バンドオフセットの算出に使用する第１のパラメータは、ＣｄＴｅの電子親和力とＧａＡｓの電子親和力である。ここで、ＣｄＴｅ及びＧａＡｓの電子親和力は、夫々、４.２８ｅＶ及び４.０７ｅＶである。
【０１３７】
バンドオフセットの算出に使用する第２のパラメータは、ＣｄＴｅの価電子帯の頂上とＨｇＴｅの価電子帯の頂上のエネルギー差である。このエネルギー差は、＋０.４６ｅＶである。
【０１３８】
バンドオフセットは組成比ｙに比例すると考えられるので、これらのパラメータを用いて、上記バンドオフセットを求めることができる。
【０１３９】
以上説明した各パラメータの値は、下記文献の何れかに記載されている。
【０１４０】
文献１；V. Latussek, C. R. Becker, G. Landwehr,R. Bini and L. Ulivi, Phys. Rev. B 71, 125305 (2005)."
文献２；A. M. de Paula, C. R. M. de Oliveira,G. E. Marque,A. M. Cohen,R. D. Feldman and R. F. Austin,M. N. Islam, and C. L. Cesar, Phys. Rev. B 59, 10158 (1999).
文献３；J. -H. Song, J.-S. Kim, K.-U. Jung, and S. -H. Suh, Proc. SPIE. 3436, 34 (1998).
文献４；立岡浩一等、静岡大学大学院電子科学研究院研究報告14, 166-169 (平成4年)。 
【０１４１】
尚、ＧａＡｓに関するパラメータは、良く知られているので、特に説明はしない。例えば、ＧａＡｓの禁制帯の温度係数等は、下記文献４等に記載されている。
【０１４２】
文献５；Appendix II,in Optical Processes in Semiconductors, by J. I. Pankove, New York 1975.
（３）製造方法
本半導体レーザ２４の製造方法は、通常のＦＰレーザの製造方法と同じである。
【０１４３】
但し、活性層３０の製造方法が、通常のＦＰレーザの活性層の製造方法と異なっている。そこで、主に、活性層３０の製造法をついて説明する。
【０１４４】
量子ドット層４８を含む各層の成長は、分子線エピタキシー（molecular beam epitaxy; MBE）法又は有機金属堆積（metal organic chemical vapor deposition; MOCVD）法によって行う。ここでは、ＨｇＣｄＴｅ製の量子ドット層４８を、ＭＢＥ法によって成長する場合について説明する。
【０１４５】
図１３は、活性層３０の製造方法を説明する工程断面図である。
【０１４６】
（i）下部クラッド層形成工程及び下側の障壁層の形成工程（図１３（ａ）参照）
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板２６の上に、下部クラッド層２８となるｎ型ＡｌＧａＡｓを成長する。
【０１４７】
次に、下側の障壁層４ａとなるＧａＡｓを成長する。
【０１４８】
（ii）量子ドット形成工程（図１３（ｂ）参照）
次に、基板温度を、Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅの成長に適した２００〜３００℃に下げる。
【０１４９】
次に、下側の障壁層４ａの成長に用いたＧａ分子線及びＡｓ分子線を遮断して、Ｔｅ分子線を基板に照射する。尚、この際、下部クラッド層２８などのドーピングに用いた、分子線（例えば、Ｓｉ分子線）も遮断する。
【０１５０】
次に、Ｈｇ分子線とＣｄ分子線を、Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅ数原子層分供給する。
【０１５１】
すると、Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅ製の量子ドット２が、Stranski-Krastanovモードによって成長する。この時、濡れ層６も成長する。
【０１５２】
尚、Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅは、ＧａＡｓと同じセン亜鉛鉱構造を有している。従って、量子ドット２の成長は容易である。
【０１５３】
（iii）上側の障壁層（キャップ層）形成工程（図１３（ｃ）参照）
次に、Ｈｇ分子線、Ｃｄ分子線、及びＴｅ分子線を遮断する。
【０１５４】
次に、Ｇａ分子線とＡｓ分子線を、上記基板２６に照射して、上側の障壁層４ｂとなるＧａＡｓを成長する。
【０１５５】
以上の工程によって、量子ドット層４８が一層成長する。
【０１５６】
（iv）量子ドット層の繰り返し成長
その後、量子ドット層４８を形成する上記工程(ii)-(iii)を必要回数繰り返して、活性層３０を形成する。ここで、各量子ドット２の上側の障壁層４ｂ（キャップ層）は、次の量子ドット層の下側の障壁層４ａとなる。すなわち、一つの障壁層４が、上側の障壁層（キャップ層）及び、一つ上に形成される量子ドットの下側の障壁層を兼ねる。
【０１５７】
（v）上部クラッド層及び電極層形成工程
その後、基板温度をＧａＡｓの成長に適した温度（例えば、６００℃）に上げて、上部クラッド層３２及び電極層３６を形成する。
【実施例２】
【０１５８】
（１）構  成
本半導体レーザの構成は、実施例１の半導体レーザと略同じである。但し、活性層を形成する量子ドット層の構成が、実施例１の半導体レーザとは異なる。
【０１５９】
本量子ドット層の構成は、図２参照して説明した実施の形態２の量子ドット層９と略同じである。すなわち、本量子ドット層９は、量子ドット８と、量子ドット８を埋め込む障壁層（バリア層）４を有している。
【０１６０】
そして、本量子ドット８は、図２に示すように、第１の部分１０と第２の部分１２を有している。そして、第１の部分１０は、ＩｎＡｓで形成されている。一方、第２の部分１２は、ＨｇＴｅで形成されている。
【０１６１】
ここで、ＩｎＡｓは、温度が上昇すると禁制帯の幅が狭くなる材料である。一方、ＨｇＴｅは、温度が上昇すると禁制帯の幅が広くなる材料である。
【０１６２】
一方、障壁層４は、ＧａＡｓで形成されている。ここで、ＧａＡｓは、温度が上昇すると禁制帯の幅が狭くなる材料である。
【０１６３】
従って、本量子ドット８では、第１の部分１０及び障壁層４が有する負の温度係数と、第２の部分１０が有する正の温度係数が相殺する。
【０１６４】
従って、本半導体レーザは、禁制帯幅の温度係数が負になる材料（ＩｎＧａＡｓＰ等）だけで活性層が形成された従来のＦＰレーザより、発光波長の温度変化が小さくなる。
【０１６５】
尚、第１の部分１０を形成する材料は、ＩｎＡsに限られない。例えば、ＩｎＧaＡｓであってもよい。
【０１６６】
（２）特  性
（i）量子ドットのモデル及びポテンシャル分布
本半導体レーザの発光波長の温度変化も、シミュレーションによって求めることができる。このシミュレーションに用いる量子ドットのモデルも、図１０及び１１を参照して説明した量子ドットのモデルと同様、円盤状である。
【０１６７】
発光波長の温度変化を求めるために用いるモデルの形状は、図１０及び１１を参照して説明した実施例１のモデルの形状と同じである。すなわち、本モデルの外形は、円盤状である。
【０１６８】
図１４は、本実施例の量子ドットのモデルの断面を説明する平面図である。
【０１６９】
図１４に示すように、本モデルは、厚さｈ１の下側部分と厚さｈ２の上側部分に分かれている。
【０１７０】
下側部分は、ＩｎＡｓに対応する領域である。そして、この部分の厚さｈ１は、現実の量子ドット８の中央部に於けるＩｎＡｓ層の厚さである。
【０１７１】
一方、上側部分は、ＨｇＴｅに対応する。そして、この部分の厚さｈ２は、現実の量子ドット８の中央部に於けるＨｇＴｅ層の厚さである。
【０１７２】
図１５は、上記モデルのポテンシャル分布を説明する図である。横軸は、基板に垂直な方向（円盤５０の底面に垂直な方向）に於ける位置座標ｚである。縦軸は、電子のポテンシャルである。
【０１７３】
図１５には、量子ドット層が、厚さ１.１ｎｍのＩｎＡｓ層１０と厚さ１.３ｎｍのＨｇＴｅ層１２を有する量子ドット８と、ＧａＡｓ製の障壁層４とで形成された場合のポテンシャが記載されている。
【０１７４】
また、図１５には、伝導帯の底によって形成されたポテンシャル分布５２と、価電子帯の頂上によって形成されたポテンシャル分布５４が記載さえている。尚、ＨｇＴｅは半金属なので、伝導帯の底５２と価電子帯の頂上５４は、ＨｇＴｅ層１２で、逆転している。
【０１７５】
（ii）発光波長の温度変化
図１５には、ポテンシャル分布だけでなく、伝導帯の基底準位５６及びその波動関数５８も記載されている。また、図１５には、価電子帯の基底準位６０及びその波動関数６２も記載されている。
【０１７６】
図１５に示すように、波動関数５８,６２は、禁制帯幅の温度係数が正であるＨｇＴｅ層（第２の部分１２）と、禁制帯幅の温度係数が負であるＩｎＡｓ層（第１の部分１０）及びＧａＡs層（障壁層４）に分布している。
【０１７７】
このように、波動関数が温度係数が正になる領域と負になる領域に広がっているので、夫々の温度係数が相殺されて、発光波長の温度変化は小さくなる。
【０１７８】
尚、本量子ドット８では、電子の波動関数５８の中心と正孔の波動関数６２の中心が一致していない。しかし、両中心のズレは大きくないので、本半導体レーザの発光効率の低下は僅かである。
【０１７９】
図１６は、本半導体レーザの発光波長の温度変化を説明する図である。横軸は、温度である。縦軸は、発光波長である。
【０１８０】
図１６に示す発光波長の温度変化は、上記モデルに対するシミュレーションによって得られた結果である。尚、シミュレーションの手法は、実施例１で説明した手法と同じである。
【０１８１】
「○」で示した点は、ＩｎＡｓ層１０の厚さが３ｎｍで、ＨｇＴe層１２の厚さが１.３ｎｍの場合のシミュレーション結果である。尚、量子ドット８の直径は、４３ｎｍである。
【０１８２】
「×」で示した点は、ＩｎＡｓ層１０の厚さが１.１ｎｍで、ＨｇＴe層１２の厚さが１.３ｎｍの場合のシミュレーション結果である。尚、量子ドット８の直径は４３ｎｍである。
【０１８３】
すなわち、「○」及び「×」が表すデータは、共に、ＨｇＴｅ層１２の厚さが１.３ｎｍの場合のシミュレーション結果である。但し、ＩｎＡｓ層１０の厚さが異なっている。
【０１８４】
図１６に示すように、「○」で示したＩｎＡｓ層１０の厚さが３ｎｍの場合の発光波長は、温度によらず、略１.５５μｍになる。一方、「×」で示したＩｎＡｓ層１０の厚さが１.１ｎｍの場合の発光波長は、温度によらず、略１.３μｍになる。これら発光波長は、光ファイバ通信に適している。
【０１８５】
ここで、発光波長の温度に対する変化率は、ＩｎＡｓ層１０の厚さが３ｎｍの場合、＋０.０１ｎｍ/Ｋである。一方、ＩｎＡｓ層１０の厚さが１.１ｎｍの場合は、＋０.０５ｎｍ/Ｋである。
【０１８６】
これらの値は、活性層をＩｎＧａＡｓＰで形成した従来のＦＰレーザの発光波長の温度係数＋０.５ｎｍ/Ｋより格段に小さい。
【０１８７】
図１７は、ＨｇＴｅ層１２の厚さと発光波長の関係、及びＨｇＴｅ層１２の厚さと発光波長の温度係数の関係を説明する図である。横軸は、ＨｇＴｅ層１２の厚さを表す。左縦軸は、本半導体レーザの発光波長を表す。右縦軸は、本半導体レーザの発光波長の温度係数を表す。
【０１８８】
尚、図１７に示したデータは、全て、ＩｎＡｓ層１０の厚さが２ｎｍの場合のデータである。
【０１８９】
「●」で示す点は、発光波長を示している。「○」で示す点は、発光波長の温度係数を示している。
【０１９０】
「○」で示したデータから明らかなように、発光波長の温度係数は、ＨｇＴｅ層１２が厚くなるに従って小さくなり、やがて負の値になる。
【０１９１】
ＨｇＴｅ層１２が厚くなると、ＨｇＴｅ層１２に分布する波動関数の割合が増加する。その結果、禁制帯幅の温度係数が正であるＨｇＴｅの影響が大きくなり、発光波長の温度係数が減少なる。
【０１９２】
ここで、「○」で示したデータから明らかなように、ＨｇＴｅ層１２の厚さが１.１ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の場合、発光波長の温度係数は、−０.１ｎｍ/Ｋ〜０.１ｎｍ/Ｋという（絶対値の）小さな値になる。
【０１９３】
また、「●」で示したデータから明らかなように、ＨｇＴｅ層１２の厚さが１.１ｎｍ以上１.５ｎｍ以下の場合、発光波長は、１.３３μｍから１.５５μｍという光ファイバ通信に適した値になる。
【０１９４】
すなわち、ＨｇＴｅ層１２の厚さ（量子ドット８の頂上の下側に於ける厚さ）は、１．１ｎｍ以上１．５ｎｍ以下であることが好ましい。また、図１７から明らかなように、ＨｇＴｅ層１２の厚さとしては、１．２ｎｍ以上１．４ｎｍ以下が更に好ましい。
【０１９５】
図１８は、ＩｎＡｓ層１０の厚さと発光波長の関係、及びＩｎＡｓ層１０の厚さと発光波長の温度係数の関係を説明する図である。横軸は、ＩｎＡｓ層１０の厚さを表す。左縦軸は、本半導体レーザの発光波長を表す。右縦軸は、本半導体レーザの発光波長の温度係数を表す。
【０１９６】
尚、図１８に示したデータは、全て、ＨｇＴｅ層１２の厚さが１.３ｎｍの場合のデータである。
【０１９７】
「▲」で示す点は、発光波長を示している。「△」で示す点は、発光波長の温度係数を示している。
【０１９８】
「△」で示したデータから明らかなように、発光波長の温度係数は、ＩｎＡｓ層１０が厚くなるに従って一度減少し、やがて増加する。
【０１９９】
ＩｎＡｓ層１０が厚くなると、ＧａＡｓ障壁層４に漏れ出す波動関数の割合が低下して、ＨｇＴｅ層１２に分布する波動関数の割合が増加する。このため、禁制帯幅の温度係数が正であるＨｇＴｅの影響が大きくなり、発光波長の温度係数が減少する。
【０２００】
尚、ＩｎＡｓの禁制帯幅の温度係数（−３.３×１０−４ｅＶ/Ｋ）の絶対値は、ＧａＡｓの禁制帯幅の温度係数（−５.０×１０−４ｅＶ/Ｋ）の絶対値より小さい。
【０２０１】
しかし、ＩｎＡｓ層１０が更に厚くなると、禁制帯幅の温度係数が負であるＩｎＡｓ層１０に分布する波動関数の割合が大きくなるので、発光波長の温度係数が増加し始める。
【０２０２】
ここで、「△」で示したデータから明らかなように、ＩｎＡｓ層１０の厚さが１ｎｍ以上４ｎｍ以下の場合、発光波長の温度係数は、−０.１ｎｍ/Ｋ〜０.１ｎｍ/Ｋという（絶対値が）小さな値になる。
【０２０３】
また、「▲」で示したデータから明らかなように、ＩｎＡｓ層１０の厚さが１ｎｍ以上４ｎｍ以下の場合、発光波長も、１.３μｍから１.６μｍという光ファイバ通信に適した値になる。
【０２０４】
すなわち、ＩｎＡｓ層１０の厚さ（量子ドット８の頂上の下側に於ける厚さ）は、１ｎｍ以上４ｎｍ以下であることが好ましい。また、図１８から明らかなように、ＩｎＡｓ層１０の厚さとしては、２ｎｍ以上３ｎｍ以下が更に好ましい。
【０２０５】
本シミュレーションに用いられるＩｎＡｓの禁制帯幅は、下記式（２）及び（３）に基づいて得られる。
【０２０６】
下記式（２）は、以下に示すように、歪の無いＩｎｘＧａ１−ｘＡｓの禁制帯幅Ｅｇ（ｘ，Ｔ）を与える。
【０２０７】
Ｅｇ（ｘ，Ｔ）＝（１．５１９−５．４０８×１０−４Ｔ２／（Ｔ＋２０４））（１−ｘ）＋（０．４１７−２．７６×１０−４Ｔ２／（９３＋Ｔ））ｘ−０．４７５ｘ（１−ｘ）                                               ・・・・・  （２）            ここで、ｘはＩｎの組成比である。また、Ｔは絶対温度である。
【０２０８】
一方、式（３）は、以下に示すように、ＧａＡｓ上に形成されたに歪入れ（strained）ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓの３００Ｋに於ける禁制帯幅を与える。
【０２０９】
Ｅｇ（ｘ）＝１．４３−１．１１ｘ＋０．４５ｘ２    ・・・・・  （３）
ここで、ｘはＩｎの組成比である。
【０２１０】
この式（２）及び（３）から、歪によってＩｎＡｓに発生する禁制帯幅の変化ΔＥｇと歪εの比（＝ΔＥｇ/ε）が、３００Ｋに於いて得られる。
【０２１１】
次に、シミュレーションを実施する各温度に於けるεを、ＩｎＡｓとＧａＡｓの熱膨張係数の差から求める。
【０２１２】
次に、３００Ｋに於けるΔＥｇ/εに各温度に於ける歪εを乗じて、各温度に於けるΔＥｇを求める。
【０２１３】
最後に、このΔＥｇと式（２）に基づいて、各温度に於ける歪ＩｎＡｓの禁制帯幅を求める。
【０２１４】
ＩｎＡｓとＧａＡｓのバンドオフセットは、以下のようにして求められる。
【０２１５】
まず、ＩｎＡｓとＧａＡｓの禁制帯幅の差を求める。
【０２１６】
そして、この禁制帯幅の差を、伝導帯側に６５％が割り当て、価電子帯側に３５％割り当てて、バンドオフセットを求める（ΔＥｃ：ΔＥｖ＝６５：３５）。
【０２１７】
尚、ＩｎＧａＡｓとＧａＡｓのバンドオフセットも、禁制帯幅の差を同じ比率で割り当てることによって得られる。
【０２１８】
（３）製造方法
図１９及び２０は、本半導体レーザの製造方法を説明する工程断面図である。
【０２１９】
本半導体レーザの製造方法は、実施例１の製造方法と略同じである。
【０２２０】
但し、本製造方法で成長する量子ドット８は、ＩｎＡｓ層とＨｇＴｅ層が積層されて形成されている。
【０２２１】
（i）下部クラッド層形成工程及び下側の障壁層の形成工程（図１９（ａ）参照）
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板２６の上に、下部クラッド層２８となるｎ型ＡｌＧａＡｓを成長する。
【０２２２】
次に、下側の障壁層４ａとなるＧａＡｓを成長する。
【０２２３】
（ii）量子ドット形成工程（図１９（ｂ）及び図２０（ａ）参照）
次に、下部クラッド層２８などの成長に用いたＧａ分子線を遮断して、基板温度を４００〜５２０ｏＣに下げて、Ｉｎ分子線を数原子層分基板２６に照射する。
【０２２４】
この時、下部クラッド層２８の成長に用いた、Ａｓ分子線の照射は継続される。一方、下部クラッド層２８などのドーピングに用いた、分子線（例えば、Ｓｉ分子線）は遮断される。
【０２２５】
すると、ドット状のＩｎＡｓ層（第１の部分１０）が、Stranski-Krastanovモードによって成長する。この時、第１の濡れ層１４も成長する（図１９（ｂ）参照）。
【０２２６】
次に、Ｉｎ分子線とＡｓ分子線を遮断して、基板温度を２００〜３００ｏＣに下げて、Ｔｅ分子線を基板２６に照射する。
【０２２７】
次に、Ｈｇ分子線を、数原子層分供給する。
【０２２８】
すると、ドット状のＨｇＴｅ層（第２の部分１２）が、Stranski-Krastanovモードによって成長する。同時に、第２の濡れ層１６も成長する（図２０（ａ）参照）。
【０２２９】
ところで、歪の緩和は、ＩｎＡｓ濡れ層（第１の濡れ層１４）より、ＩｎＡｓ層（第１の部分１０）でより進行する。このため、ＨｇＴｅは、ドット状のＩｎＡｓ層（第１の部分１０）の上により厚く成長して、ＨｇＴｅ層（第２の部分１２）になる。
【０２３０】
（iii）上側の障壁層形成工程（図２０（ｂ）参照）
次に、Ｈｇ分子線及びＴｅ分子線を遮断する。
【０２３１】
次に、Ｇａ分子線とＡｓ分子線を、上記基板２６に照射して、上側の障壁層４ｂとなるＧａＡｓを成長する。
【０２３２】
以上の工程によって、量子ドット層６４が一層成長する。
【０２３３】
その後、量子ドット層６４を形成する上記工程(ii)〜(iii)を繰り返して、活性層を形成する。
【０２３４】
（iv）上部クラッド層及び電極層形成工程
その後、基板温度をＧａＡｓの成長に適した温度（例えば、６００℃）に上げて、上部クラッド層及び電極層を形成する。
【０２３５】
ところで、ＩｎＡｓ層１０の成長後に熱処理を実施すると、ＩｎＡｓ層１０はリング状に変形する。このようなリング状ＩｎＡｓが形成された基板の上にＨｇＴｅを成長すると、リング内にＨｇＴｅが充填された量子ドットが形成される。
【０２３６】
このような量子ドットを用いて、本半導体レーザを製造してもよい。
【実施例３】
【０２３７】
（１）構  成
本半導体レーザの構成は、実施例１の半導体レーザと略同じである。但し、活性層を形成する量子ドット層の構成が、実施例１の半導体レーザとは異なる。
【０２３８】
本実施例の量子ドット層は、実施の形態３の量子ドット層２１と略同じである（図３参照）。すなわち、量子ドット１８は、Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅ（０.４＜ｙ＜０.６）で形成されている。一方、障壁層２０は、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓで形成されている。尚、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓの代わりに、禁制帯幅がＧａＡsより広く、価電子帯の頂上がＧａＡsの価電子帯の頂上より低い他の半導体（ＡｌＧａＡｓを含む）で、障壁層２０は形成されてもよい。
【０２３９】
尚、上部クラッド層２８及び下部クラッド３２は、Ａｌの組成が０．１より大きいＡｌＧaＡｓで形成されている。
【０２４０】
Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅの禁制帯の温度係数は、Ｃｄの組成ｙが０.４〜０.６の間で略ゼロになる。このため、本半導体レーザは、禁制帯幅の温度係数が負となる半導体で活性層全体が形成された従来のＦＰレーザより、発光波長の温度変化が小さくなる。
【０２４１】
ところで、Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅ（０.４＜ｙ＜０.６）とＧａＡｓのバンドオフセットは、僅かである。このため、量子ドットへのキャリア（特に、正孔）の閉じ込めが不十分にならないように、本実施例では、障壁層２０がＡｌ０.１Ｇａ０．９Ａｓで形成されている。尚、Ａｌの組成は０．１５以下が好ましい。
【０２４２】
（２）発光波長の温度変化
図２１は、本半導体レーザの発光波長の温度変化を説明する図である。横軸は、温度である。縦軸は、発光波長である。図２１に示す発光波長の温度変化は、シミュレーションによって得られた結果である。シミュレーションの手法は、実施例１で説明した手法と同じである。
【０２４３】
「○」で示した点は、量子ドット１８の高さ及び直径が夫々、４.５ｎｍ及び４５ｎｍの場合のシミュレーション結果である。
【０２４４】
図２１に示すように、本半導体レーザの発光波長は、温度によらず、略１.５５μｍである。この発光波長は、光ファイバ通信に適している。
【０２４５】
図２２は、量子ドット１８の高さと発光波長の関係、及び量子ドット１８の高さと発光波長の温度係数の関係を説明する図である。横軸は、量子ドット１８の高さを表す。左縦軸は、本半導体レーザの発光波長を表す。右縦軸は、本半導体レーザの発光波長の温度係数を表す。
【０２４６】
「●」で示す点は、Ｃｄの組成ｙが０．５である場合の発光波長を示している。「○」で示す点は、Ｃｄの組成ｙが同じく０．５である場合の発光波長の温度係数を示している。
【０２４７】
「▲」で示す点は、Ｃｄの組成ｙが０．６である場合の発光波長を示している。「△」で示す点は、Ｃｄの組成ｙが０．６である場合の発光波長の温度係数を示している。
【０２４８】
「○」及び「△」が示すデータから明らかなように、量子ドット１８の高さが２ｎｍ以上８ｎｍ以下の場合、発光波長の温度係数は−０.０５ｎｍ/Ｋ〜０.１ｎｍ/Ｋという（絶対値の）小さな値になる。但し、Ｃｄの組成ｙは、０．５以上０．６以下の間の何れかの値であるものとする。
【０２４９】
また、「●」及び「▲」が示すデータから明らかなように、量子ドット１８の高さが２．０ｎｍ以上８ｎｍ以下の場合、発光波長は、１.２μｍから１.６μｍという光ファイバ通信に適した値になる。
【０２５０】
これらの結果及び図９を参照して説明したｙ＝０.４の場合の結果を参酌すれば、ＨｇＣｄＴｅ（０．４＜ｙ＜０．６）で形成された量子ドット１８の高さとしては、２．０ｎｍ以上８.０ｎｍ以下が好ましいことが分かる。尚、量子ドット１８の高さとしては、２．０ｎｍ以上６.０ｎｍ以下が好ましい。
【０２５１】
（変形例）
上記実施例１乃至３は、ＦＰレーザに関するものである。しかし、上記実施の形態１乃至３が適用可能な発光装置は、ＦＰレーザに限られない。例えば、上記実施の形態１乃至３は、例えば、ＤＦＢレーザ、光増幅器、及び発光ダイオードにも適用可能である。
【０２５２】
上記実施例１乃至３では、量子ドットは、ＨｇＴｅ又はＨｇＣｄＴｅで形成されている。しかし、本発光装置の量子ドットの形成に用いることのできる材料は、ＨｇＴｅ又はＨｇＣｄＴｅに限られない。例えば、ＨｇＳｅやＨｇＣｄＳｅによって、量子ドットを形成してもよい。これら材料の禁制帯幅の温度係数も、ＨｇＴｅやＨｇＣｄＴｅの温度係数と同様、正である。尚、禁制帯幅の温度係数が正となる材料としては、Ｐｂ塩（例えば、ＰｂＳやＰｂＳｅやＰｂＴｅ）もある。
【０２５３】
また、上記実施例１乃至３では、障壁層は、ＧａＡｓ又はＡｌＧaＡｓで形成されている。しかし、障壁層の形成に用いることのできる材料は、ＧａＡｓやＡｌＧaＡｓに限られない。例えば、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、及びＩｎＡｌＧａＡｓ等によって、量子ドットを形成してもよい。
【０２５４】
また、上記実施例１乃至３では、ＧａＡｓ製の半導体基板が用いられている。しかし、他の半導体基板（例えば、ＩｎＰ基板）を用いてもよい。
【０２５５】
また、上記実施例１乃至３では、上部クラッド層及び下部クラッド層は、ＡｌＧａＡｓで形成されている。しかし、上部クラッド層及び下部クラッド層は、他の半導体材料（例えば、ＩｎＰやＡｌＧaＡｓＰ）で形成してもよい。
【符号の説明】
【０２５６】
２・・・（実施の形態１の）量子ドット      ４・・・（実施の形態１の）障壁層
５・・・（実施の形態１の）量子ドット層
６・・・（実施の形態１の）濡れ層      ８・・・（実施の形態２の）量子ドット
９・・・（実施の形態２の）量子ドット層
１０・・・第１の部分      １２・・・第２の部分
１４・・・第１の濡れ層      １６・・・第２の濡れ層
１８・・・（実施の形態３の）量子ドット      
２０・・・（実施の形態３の）障壁層
２１・・・（実施の形態３の）量子ドット層
２２・・・（実施の形態２の）濡れ層
２４・・・（実施例１の）半導体レーザ
２６・・・ｎ型ＧａＡｓ基板      ２８・・・下部クラッド層
３０・・・活性層      ３２・・・上部クラッド層
３４・・・帯状のメサ      ３６・・・電極層
３８・・・保護膜      ４０・・・上部電極
４２・・・下部電極      ４４,４６・・・端面
４８・・・量子ドット層      ５０・・・円盤
５２・・・伝導帯の底によって形成されるポテンシャル分布
５４・・・価電子帯の頂上によって形成されるポテンシャル分布
５６・・・伝導帯の基底準位      ５８・・・波動関数
６０・・・価電子帯の基底準位      ６２・・・波動関数
６４・・・（実施例２の）量子ドット層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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